利用USB-C實現并聯電池充電如何幫助提升用戶體驗
作者：Kyle Johnson，ADI公司應用工程師
摘要
USB-C端口比之前的USB端口更加靈活，逐漸成為消費電子設備的標配。在這些設備中，更大功率和更長壽命的設備越來越受歡迎。因此，以更高的功率水平為這些設備充電的需求也隨之增長。本文將介紹并聯電池充電架構的基礎知識和用例，以及將USB-C集成到這些用例中的實際效果。此外，本文還會介紹并聯電池充電和USB-C在消費市場的應用情況以及優缺點。
什么是并聯電池充電？
在電池管理系統中，有幾種電池配置方法，可分別實現不同的結果。一種配置方法是將電池進行串聯，以提高電壓，但電池容量保持不變，這通常適用于高功率產品。另一種配置方法是將電池進行并聯，這會提高容量，但電壓保持不變。現在，延長電池壽命對消費電子設備如此關鍵，這促使制造商尋求創新方法來保存和擴展電池組的有用容量。延長電池壽命簡單有效的方法是并聯充電。簡而言之，通過并聯充電電池，用戶可以一次為多個電池充電，從而實現更長的電池壽命并提高可靠性。圖1簡單描述了常用的串聯和并聯電池配置。
圖1.串聯和并聯電池配置。
USB-C進入現代并聯電池充電市場
如上所述，與以前的USB 2.0和USB 3.0端口相比，USB-C端口和設備能夠以更高的功率水平充電。最新版本的USB-C規范Power Delivery 3.1支持高達240 W的功率。目前對大多數消費電子產品而言，這一功率可能過猶不及，但也充分說明USB-C相比前幾代USB更穩健。USB-C端口功率的增加與消費者對更大功率以及更長電池壽命的需求相輔相成，這正是設備采用并聯電池的目標。通過并聯電池配置，消費電子設備的電池容量增大，因此對于為設備供電的充電器也提出了更高的功率要求。除此之外，消費市場的目標是讓用戶盡可能多地使用這些電子設備。USB-C端口功率的提高使消費者能夠比過去更快地為設備充電，有更多時間隨心所欲地使用設備，且無需連接充電線。
優缺點
USB-C并聯電池充電已進入許多應用，并將繼續擴大到所有消費電子應用。雖然USB-C端口和電纜在功率、成本和簡便性方面對于消費市場非常有利，但也有一些缺點需要注意。
表1.USB-C和并聯電池充電的優點
| | | Single cable | Power and data are on the same cable, which is beneficial in space constrained applications | | 單根電纜 | 供電和數據傳輸使用同一根電纜，對空間受限的應用非常有利 | | | Increased capacity and higher charging levels allow for a larger range of possible applications, including both low power consumer devices and high power tools and computers | | High power levels | 更大的容量和更高的充電水平支持更廣泛的應用，包括低功耗消費電子設備和高功率工具以及計算機 | | 高功率水平 | | | | The high charge current capabilities of USB-C allow for charging batteries in parallel, which results in more usable capacity in the amount of time it takes to charge just one battery | | Time saver | USB-C的高充電電流功能支持電池并聯充電，在為一塊電池充電所需的時間內可獲得更多的可用容量 | | 節省時間 | | | | USB-C cable is reversible and can be plugged in either way, while adding additional batteries in parallel simply requires connecting the power source to the terminals of the new battery | | Simple integration | USB-C電纜是可逆的，正反插入都可以，并聯時要添加電池只需將電源連接到新電池的端子即可 | | 輕松集成 | | | Reduced electronic waste over time | Using a common USB-C charger for multiple devices would reduce electronic waste around the world | | 長久使用減少電子垃圾 | 多臺設備共用一個USB-C充電器將減少世界各地的電子垃圾 |
表2.USB-C和并聯電池充電的缺點
| | | | Complications over power levels can occur if both ports do not match. The multiple ports include Thunderbolt, Power Delivery 3.1, and Power Delivery 3.0 | | Differences in ports | 如果兩個端口不匹配，則可能會出現功率水平的問題。端口包括Thunderbolt、Power Delivery 3.1和Power Delivery 3.0 | | 端口不同 | | | | Additional batteries along with ports and cables that allow for faster charging require advanced technology, which is more expensive than previous versions | | More expensive | 無論是增加電池，還是支持更快充電的端口和電纜，都需要先進的技術，因此比之前的版本更昂貴 | | 更為昂貴 | | | | New USB-C cables will force USB-A, USB-B, and micro-USB cables to be replaced and the older cables will become obsolete | | Cable replacement | 新的USB-C電纜將強制取代USB-A、USB-B和micro-USB電纜，舊電纜將被淘汰 | | 電纜更換 | | | | Adding an additional battery is going to take up extra space, which can become an issue in applications where size is a critical specification | | Larger size | 增加電池將會占用額外的空間，這對有尺寸要求的應用可能會是一個問題 | | 尺寸更大 | | | | Including an additional battery introduces a few complex issues, such as the need to balance aging across the batteries and ensuring charge cycles begin at similar voltages so the batteries or wiring is not damaged | | Increased complexity | 增加電池會帶來一些復雜的問題，例如需要平衡電池之間的老化，確保充電周期開始時的各電池電壓相近，以免損壞電池或接線 | | 復雜性增加 | |
采用MAX17330的示例
圖2顯示創建并聯電池充電環境所需的主要工具之一——MAX17330示例。該產品IC集成了電池充電器、電量計和保護器。MAX17330從兼容USB-C的充電器或轉換器接收電源，然后為并聯電池組高速充電，盡可能延長用戶的使用時間。此外，這種配置使電池能夠放在特殊的位置，例如AR/VR耳機的另一側或可折疊手機的不同側面。使用這種芯片的一些好處包括能充分降低壓差和減少熱量，防止并聯電池交叉充電，以及能夠獨立為并聯電池組充電。
MAX17330的實際應用
本文介紹了并聯電池充電與USB-C的結合，并指出了一些優點和缺點。現在我們對整個主題有了更多認識，有必要看一些實際應用。并聯電池充電和USB-C已經開始進入一些消費市場。具體包括但不限于AR/VR耳機、無繩電鉆等工具、筆記本電腦和便攜式平板電腦。上文表2提到的挑戰給設計人員設計這類系統帶來了一些困難。用ADI公司的MAX17330替換圖2中的模塊，用MAX77958替換USB-C控制器，用MAX77986替換下行電源。借助MAX77958，設計人員可通過獨立的解決方案和定制固件來簡化設計，這些固件決定USB-C的供電水平，而MAX77986可作為USB-C的下行電源，為整個產品的其它部分供電。這類設置非常適合功率要求為15 W或以上的應用。對于15 W以下功率應用，MAX77789是理想選擇，它將1S 3 A充電器與USB-C檢測功能相結合。為驗證這些產品的功能，可點擊此處訂購MAX17330評估套件或點擊此處訂購MAX77789評估套件。若想獲取MAX17330的樣片進行原型制作，請訪問申請樣片網站。欲了解有關MAX17330的更多信息，請觀看《MAX17330簡介》。
圖2.集成MAX17330的并聯電池充電環境框圖
結論
當今世界，消費者都希望所用的產品具有最大化的效率，不想浪費任何時間。ADI公司的所有這些產品都可以組合使用，支持消費者將USB-C的快充功能與并聯電池組相結合。這有助于延長最終產品的電池壽命，縮短充電時間，從而提高效率。隨著消費市場的不斷發展，設計人員需要快速適應，盡力設法滿足客戶需求。為下一代消費電子設備尋找新的充電方法時，面對不斷變化的問題，USB-C和并聯電池充電將是一種不錯的解決方案。
關于作者
Kyle Johnson是ADI公司中心應用部門的應用工程師。他畢業于圣克拉拉大學，獲得電氣工程學士學位，2020年8月加入ADI公司。之前，曾在Maxim Integrated（現為ADI公司一部分）的技術銷售團隊實習。
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